Способ определения теплофизических свойств материалов Советский патент 1988 года по МПК G01N25/18 

Од О СО

ю

00

1

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения теплофизичес- ких свойств материалов, в том числе горных пород.

Цель изобретения - повышение эффективности способа и увеличение точности определения температуропроводности материалов.

На фиг. 1 приведена схема осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - зависимость мощности источника энергии от времени в пределах каждого из образцов (эталонного и исследуемых).

Эталонный 1 и исследуемые 2 обрацы (фиг. 1) расположены последова- тельно, над ними размещены точечный источник 3 тепловой энергии и датчик 4 температуры. Перемещение истоника 3 энергии и датчика 4 температуры происходит в направлении оси X со скоростью V.

Способ осуществляют следунщим образом.

Устанавливают исходный режим рабты точечного источника 3 энергии - режим с постоянным уровнем его мощности. Источник 3 энергии и датчик температуры, жестко связанные между собой, перемещают с постоянной скорстью относительно расположенных последовательно эталонного 1 и исследуемых 2 образцов (фиг. 1) в выбранном направлении (вдоль оси X). В процессе перемещения осуществляют нагрев источником 3 первого из послдовательно расположенных образцов (образца 1), а датчиком 4 температуры регистрируют предельную избыточную TeMitepaTypy поверхности этого оразца по линии его нагрева на фиксированном расстоянии позади источника. После нагрева источником 3 част поверхности образца 1 и регистрации датчиком 4 ее предельной избыточной температуры изменяют режим работы источника 3 энергии, устанавливая гармонический закон измене ния его мощности (фиг. 2). В процес се дальнейшего перемещения точечного источника 3 энергии, мощность которого изменяется теперь по гармоническому закону, осуществляют нагрев источником 3 остальной части поверхности образца 1, измеряют в ее пределах разность фаз колебани мощности источника 3 энергии и

гистрируемой датчиком 4 предельной избыточной температуры нагреваемой поверхности образца 1, а также амп- литуду колебаний указанной температуры.

Для каждого из последующих образцов 2 осуществляют,нагрев части поверхности образца точечным источником 3 энергии, работающим в режиме постоянной мощности, регистрируют датчиком 4 температуры, жестко связанным с источником 3 энергии, предельную избыточную температуру нагреваемой поверхности образца по линии нагрева на.фиксированном расстоянии позади источника 3, затем изменяют режим работы источника энергии, устанавливая гармонический закон изменения его мощности, и в процессе нагрева остальной части поверхности образца точечным источником 3 энергии измеряют разность фаз колебаний мощности источника 3 и регистрируемую датчиком 4 предельную избыточную температуру нагреваемой поверхности образца, а же амплитуду колебаний указанной температуры.

При нагреве полубесконечного твердого тела подвижным точечным источником тепловой энергии постоянной мощности, перемещающимся по адиабатической поверхности тела с посто- янной скоростью, предельная избыточная температура поверхности тела на .пинии нагрева позади источника, регистрируемая датчиком температуры, жестко связанным с источником энергии, определяется по формуле

9 q., (2iriilx|),

(1)

где

9 5

0

5

предельная избыточная температура поверхности тела на линии нагрева позади источника;

теплопроводность тела; расстояние от точечного источника энергии до точки регистрации температуры тела;

мощность точечного источника энергии, поглощенная телом.

Формула (1) справедлива и для образца конечных размеров, если они пре вышают расстояние |х| от точечного источника энергии до датчика темпе91|х|

ратуры. Для эталонного образца формула (1) принимает вид

9,- q,

(,|xl

),

где

0. Л,предельная избыточная температура поверхности эталонного образца на линии нагрева позади источника; теплопроводность эталонного образца.

Из формул (1) и (2) следует, что при постоянных q и jx/ теплопроводность исследуемого образца может быть определена из соотношения

9э

,

б

(3)

Для амплитуд колебаний предельных избыточных температур поверхностей исследуемого 2 и эталонного образцов в точке регистрации температуры на линии нагрева (фиг. 1) справедливы соотношения (при постоянных q и |х/:

Ji+(. )2l Г vfxl М

1 +

дельные избыточные тем- t

у/х 2а,

()Л(5ч v/xl J Р

,

669284

Выразив из соотношения (5) комбинацию v/x| через тe fflepaтypoпpoвoд- ность а, предельные избыточные тем- 5 пературы разность фаз Ц) эта- лонног-о образца 1 и подставив ее в (4), получают формулу для определения температуропроводности исследуемых образцов 2

Эз

--ср.

En

бм

б

а а,

t.,

,

5Л Э

(6)

Таким образом, осуществляя нагрев 15 части поверхности каждого из последовательно расположенных эталонного и исследуемых образцов подвижным точечным источником тепловой энергии постоянной мощности, измеряя в про- 20 цессе нагрева предельные избыточные температуры нагреваемых поверхностей по линии нагрева позади источника датчиком температуры, жестко связанным с источником энергии, за- ,25 тем в пределах каждого из образцов, изменяя режим работы источника энергии путем установления гармонического закона изменения его мощ- . ностй и осущест ляя нагрев осталь- 30 ной части поверхности каждого из образцов гармоническим источником энергии,измеряя в процессе нагрева разность фаз колебаний мощности источника энергии и регистрируемой дат

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при определении теплофизичес- ких свойств материалов, например горных пород, на образцах с любым качеством обработки их поверхностей. Целью изобретения является повышение эффективности. Часть поверхности эталона и исследуемых образцов нагревают подвижным точечным источником тепловой энергии. Температуру тел по линии их нагрева регистрируют датчиком температуры, жестко связанным с источником энергии. Затем изменяют режим работы этого источника, устанавливая гармонический закон изменения его мощности. В процессе нагрева остальной части поверхности образцов и эталонов измеряют разность фаз колебаний мощности источника энергии и регистрируемые датчиком температуры тел, а также амплитуду колебаний этой температуры. 2 ил. i (Л

пературы поверхностей соот- 35 чиком предельной избыточной темпем 1 и

ветственно исследуемого и эталонного образцов в точке регистрации температуры на линии нагрева при посто янной мощности источника энергии;

амплитуды колебаний предель ных избыточных температур поверхностей соответственно исследуемого и эталонного образцов в точке регистрации на линии нагрева при изменении мощности источника энергии по гармо- Н1шескому закону;

о, а VJ, - температуропроводности соответственно исследуемого и эталонного образцов;

iM - разность фаз колебаний мощности источника энергии и предельных избыточных температур поверхностей соответственно исследуемого и эталонного образцов.

ратуры поверхности образца, а также амплитуду колебаний указанной температуры, по формуле (3) определяют теплопроводность каждого из исследуе0 мых образцов, а по формуле (6) -из температуропроводность.

Предлагаемый способ характеризуется высокой производительностью определения тепловых свойств материалов (до 450

5 образцов в смену) и точностью.Погрешность определения теплопроводности и

тe fflepaтypoпpoвoднocти не превышает 1-2%

i

Формула изобретен и .я Способ определения теплофизичес0 ких свойств материалов, включающий нагрев поверхности последовательнъ установленных эталонного и исследуемых образцов подвижным точечным источником тепловой энергии постоянной

5 мощности, перемещаемым относительно Нагреваемых образцов с постоянной скоростью, и регистрацию датчиком температуры, перемещаеадгм со скоростью перемещения источника энер5

гии на фиксированном расстоянии позади него, предельной избыточности температуры поверхности каждого из образцов по линии их нагрева, о т- личающийся тем, что, с целью повышения эффективности и увеличения точности определения, дополнительно в пределах каждого из образцов после нагрева источником части поверхности образца и регистрации датчиком ее предельной избыточной температуры изменяют режим работы источника знергии, устанавливая гармонический закон изменения его мощ

ности, и в процессе нагрева источником остальной части поверхности образца измеряют разность фаз колебаний мощности источника эиергии и регистрируемой датчиком предельной избыточной температуры нагреваемой поверхности образца, а также измеряют амплитуду колебаний указанной избыточной температуры, после чего по результатам измерений.определяют температуропроводность и теплопроводность каждого из исследуемых образцов по формулам

гэ 9

где 71 , а

5

0

5

0

тепло- и темлературопро- водность исследуемого образцаJ

тепло- и температуропроводность эталонного образца;0,69- предельные избыточные

температуры поверхностей соответственно исследуемого и эталонного образцов на линии нагрева при постоянной мощности источника энергии; - амплитуды колебаний предельной избыточной температуры поверхностей соответственно исследуемого и .эталонного образцов на линии нагрева при изменении мощности источника энергии по гармоническому закону; разность фаз колебаний

мощности источника энергии и предельной избыточной температуры поверхностей соответственно . исследуемого и эталонного образцов.

9

А/.

Фг/г./

eiZ